Carbon Technologie

Carbon als Rohstoff und dessen Vorteile

Carbon dominiert den Sportartikelmarkt. Seit der ersten Entwicklung in den 1960er Jahren ist Carbon heiß begehrt. Die kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe (CFK) garantieren hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringem spezifischem Gewicht.

Vorteile von Carbon:

leicht und verwindungssteif
Unbegrenzte ergonomische Formen
Langlebig mit justierbaren Variablen à Steifigkeit vs. Flex

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Von der Faser zum Produkt

Bei Carbon handelt es sich um einen Faserverbund. Um die nur 5-8 µm Fasern zu verstärken und ihnen die notwendige Festigkeit für Fahrradbauteile zu geben, werden sie in einer Kunststoffmatrix eingebettet. Kohlenstofffasern sind Anisotrop. Das bedeutet Belastungen in Faserrichtung werden deutlich besser ertragen als quer zur Faser. Besonders Zugkräfte in Achsrichtung werden gut aufgenommen. Diese anisotropen Eigenschaften ermöglichen allerdings auch, die Fasern nur in Richtung der auftretenden Kräfte anzuordnen und Material, somit Gewicht einzusparen. Im Vorfeld müssen also bei einem Lenker auftretende Belastungen analysiert werden. Dementsprechend sind die Carbonfasern so auszurichten, dass die auftretenden Kräfte für die Fasern ideal sind.

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So liegen an der Unterseite des 311 FL-X und 3OX Carbon Lenker unidirektionale (UD) Fasern. Die Fasern liegen hier parallel, ohne Querverbindung, nebeneinander. Das erhöht ihre Belastbarkeit, im Vergleich zu Carbonfasern, die in Geweben miteinander verbunden sind. Zug- und Biegebelastungen (die immer auch einen Zuganteil enthalten) werden also gut vom Material aufgenommen. Spannungszustände hingegen sind weniger optimal. Da diese im Klemmbereich des Lenkers auftreten, sind in diesen Bereichen die Lenker zusätzlich verstärkt. Klemmkräfte sind klar definiert und dürfen nicht überschritten werden. Beachten Sie daher unbedingt die zulässigen maximalen Anzugdrehmomente und klemmen Sie nur im dafür vorgesehenen und gekennzeichneten Bereich.

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Welche Fasern verwenden wir bei SQlab?

Die Carbonfaser im Detail

Carbonfasern sind 0,005 mm dick, bestehen hauptsächlich aus Carbon Atomen und können, richtig angewendet, Produkte leichter, stabiler und funktionaler machen. Wir verwenden nur die hochwertigsten Fasern mit hoher Zugfestigkeit. Je nach Produkt sind das T700, T800 oder T1000 Fasern. T steht für „tensile strength“, die Ziffer gibt den ungefähren Zugmodul in kgf/mm² oder Psi an. Zum Beispiel hat T700 eine Zugfestigkeit von 711 Psi.

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Präzise Herstellung

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Pan-Filament: Stabilizing --> chemische Vorbehandlung

Carbonization: Unter dem Ausschluss von Sauerstoff wird ein PAN-Element auf 1000-1800 °C erhitzt. Dadurch wird jedes Nicht-Atom Element abgetrennt.

Faser Spule: Sizing --> Carbonfilamente werden auf "Bobbins" aufgerollt, können so gelagert und für die Weiterverarbeitung vorbereitet werden.

Matrix

Carbon ist ohne die Einbindung in einer Kunststoffmatrix nutzlos. Die Matrix schützt die Kohlenstofffasern vor Umwelteinflüssen, aber vor allem vor Verschiebung. Dafür wird Epoxid- oder Polyesterharz genutzt, in dem die Carbonfasern eingebettet werden. Im Falle vom Materialversagen bricht die Matrix immer vor den Carbonfasern. Am häufigsten versagen Carbon Teile, wenn eine auftretende Druckbelastung zu hoch ist und daraufhin die Matrix aufbricht.

Fertigung

In den meisten Carbon Herstellungsverfahren werden Prepreg Matten in ein Werkzeug geschichtet. Wenn das gewünschte Layup, also die korrekte Anzahl an Prepreglagen, in der richtigen Ausrichtung, ins Werkzeug eingelegt ist, wird es unter Druck, Hitze und Wärme ausgehärtet. Da die Matrix bei Raumtemperatur aushärtet müssen Prepregs unbedingt gekühlt gelagert werden.

Gewebe und Gelege

Bei Fabric Prepregs sind die Carbonfasern gewebt, meistens im rechten Winkel zueinander. Hierbei gibt es verschiedene Webarten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Es gibt einige weitere Sonderformen. Der Nachteil von Geweben ist, dass sich die Fasern durch das ständige Überkreuzen schwächen. Um sicherzustellen, dass die Prepregmatten unseren hohen Qualitätsansprüchen entsprechen, stellen wir sie für unsere Carbon Lenker selbst her.

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Qualität die du siehst und spürst

Zedler End of Life Test

Unsere Carbon Lenker werden den härtesten Prüfkriterien unterzogen.

So haben sie den Zedler End of Life Test mit Bravour bestanden.

„Sämtliche Prüfstandnormen wurden direkt hintereinander mit nur einem Lenker für alle Tests absolviert. In der letzten Prüfstufe, der sogenannten „Zedler End of Life“, welche einen kompletten Lebenszyklus eines Lenkers unter Realbelastung simuliert, wurde die Prüfmaschine nach 500.000 Lastwechseln abgeschaltet, da selbst hier keinerlei Ermüdungserscheinungen oder Materialschädigungen am Lenker erkennbar waren.“ - BIKE 04/2019

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Wer steckt hinter der Entwicklung unserer Carbon Technologie?

Expertenvorstellung Michael Fischer – Miro Composite Consultants

Vor 27 Jahren begann Michael Fischer sich beruflich mit der Entwicklung metallgebundener (MMC) Faserverbunde zu beschäftigen. Im Jahr 2001 übernahm er die Projektleitung und Verfahrensentwicklung im Motorsport und Sonderfahrzeugbau bei der Zato GmbH (heute First COMPOSITES GmbH).
2009-2011 war er für Entwicklung Faserverbund beim bekannten Radzubehör-Hersteller Syntace GmbH zuständig. 2 Jahre als FEM Berechnungsingenieur Composite bei UBC für Toyota F1 folgten.
2003 - 2009 übernahm er die Projektleitung bei der Dräxlmaier Systemtechnik GmbH.
2011 - 2017 folgte die Teamleitung als Spezialist Faserverbund bei der BMW Group.
Seit 2017 ist Michael Fischer selbstständig und bietet Consulting im Bereich Leichtbau und Faserverbundtechnik an.

Der SQlab 311

311 – optimierter Flex und der womöglich beste Carbon Lenker der Welt

Entgegen der landläufigen Meinung, das Carbon nicht flexen kann, haben wir es mit dem 311 FL-X geschafft das Gegenteil zu beweisen.

Um ein kontrolliertes flexen des Lenkers zu ermöglichen haben wir die Eigenschaften von Carbon bestmöglich kombiniert und das Layering der Fasern optimiert.

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Keyfeatures 311 FL-X

Verstärkung im Klemmbereich
Gekreuzte und horizontal gelegte Fasern um flexen zu ermögliche
Glasfaserverstärkung im Klemmbereich der Lenkerenden

Wie haben wir das Flexverhalten beim 311 FL-X realisiert?

Möglich macht es unser durchdachtes Carbonfaser-Layering.
Zur Verständlichkeit haben wir die Anordnung der Fasern anhand eines Klappstuhlprinzips visualisiert.

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Einfach überkreuzte Fasern würden sich bei Belastung einfach zusammenfalten.

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Zusätzliche vertikale Fasern machen die Konstruktion stabiler. Aber: die vertikalen Fasern würden durch die Druckbelastung brechen und könnten nicht flexen.

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Um den gewünschten Flex zu realisieren, haben wir die Fasern überkreuz und horizontal angeordnet. So werden alle Lagen auf Zug belastet und können kontrolliert flexen.

Zur SQ-Lab Carbon Flex Studie

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Der SQlab 3OX

3OX – optimale Festigkeit

Damit der 3OX den Belastungen im Gravity & E-Performance Bereich standhalten kann, liegen unidirektionale Fasern vermehrt in Lenkerrichtung (0° Ausrichtung). Dieser Lagenaufbau führt zu einer hohen Steifigkeit, ermöglicht perfekte Kontrolle, und sorgt für optimale Festigkeit.

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Keyfeatures 3OX

Verstärkung im Klemmbereich
Vermehrt horizontal gelegte Fasern für perfekte Kontrolle. Zusätzlich In Längsrichtung verstärkte Fasern an der Unterseite
Glasfaserverstärkung an den Lenkerenden

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2 Farben

3OX Carbon 16°

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